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Le chitosan comme biostimulant végétal dans l'horticulture moderne

Par : Mohamad Hesam Shahrajabian, Spyridon A. Petropoulos
Département d'agriculture, de production végétale et d'environnement rural, Université de Thessalie, rue Fytokou, 38446, Volos, Grèce.
*Correspondance : spetropoulos@uth.gr, hesamshahrajabian@gmail.com

 

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Les biopolymères tels que le chitosan sont un groupe de biostimulants qui possèdent des propriétés bénéfiques avec plusieurs applications sur les cultures horticoles.
Le chitosan en particulier est produit après la désacétylation de la chitine et fait l'objet de recherches au cours des dernières décennies en raison de ses effets intéressants sur les cultures. Il est produit commercialement à partir de coquilles de fruits de mer et sa principale application est liée à la défense des plantes contre les pathogènes, puisqu'il peut induire la production de molécules protectrices contre les pathogènes. Il est considéré comme un matériau prometteur pour l'élimination des polluants, un polymère écologique, respectueux de l'environnement et polyvalent avec une application étendue dans divers domaines comme l'agriculture, la cosmétologie, l'alimentation, le papier, la pharmacie et les industries textiles, et peut être combiné avec de nombreux autres polymères et éléments et utilisé dans les systèmes de production végétale. Des activités biostimulantes ont également été signalées, principalement associées à une augmentation de l'activité photosynthétique, à la tolérance à la sécheresse, à la salinité et aux températures extrêmes, ainsi qu'à une augmentation de l'activité des enzymes antioxydantes. D'autre part, l'oligochitosan, qui possède plus de 3 mais moins de 10 résidus de saccharides (N-acétylglucosamine ou glucosamine), est obtenu par hydrolyse chimique ou enzymatique du chitosan.

Le chitosan peut avoir plusieurs applications qui pourraient être résumées comme suit :  

  • protéger et stimuler la germination des graines grâce à l'enrobage des graines ;
  • induisent la croissance et le développement de la plante ;
  • agit comme un éliciteur de résistance par l'induction de mécanismes de défense des plantes ;
  • atténuer les effets négatifs du stress abiotique ;
  • améliorer les propriétés du sol et empêcher le lessivage des éléments nutritifs ;
  • chélater les métaux lourds ;
  • augmenter le rendement et la qualité des cultures ;
  • améliorer la durée de conservation des produits alimentaires par des traitements post-récolte.

Modes d'application :

  • pulvérisation foliaire,
  • incorporation directe dans le sol ou
  • enrobage de semences et de produits végétaux.
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Fig. 1. Chitine et Chitosan

Cependant, étant donné que le chitosan est un biopolymère qui comprend des composés de différents degrés de désacétylation et de polymérisation, il existe une grande variabilité dans la composition des produits disponibles dans le commerce, ce qui peut également entraîner des effets variables sur les cultures.

Ci-dessous sont rapportés quelques exemples d'application du chitosan dans les cultures maraîchères.

Les rapports de la littérature suggèrent des résultats contradictoires pour l'application foliaire de zinc combiné avec de l'acide humique et du chitosan sur des plantes de haricot commun. De plus, l'application de chitosan s'est avérée bénéfique pour la croissance des plants de laitue et de tomate et a augmenté la teneur en métabolites défensifs phytochimiques dans les feuilles d'épinard. Cependant, il est prouvé que le chitosan en vrac est associé à l'inhibition de la croissance des racines lorsqu'il est appliqué à des concentrations non optimales, c'est pourquoi des formes alternatives ont été suggérées, notamment les micro et nanoparticules de chitosan qui sont plus sûres pour l'utilisation agricole.

En outre, le chitosan a été utilisé pour atténuer les effets négatifs du stress hydrique et augmenter la durée de conservation des cultures horticoles telles que le basilic, la laitue, les épinards, la tomate et le poivron, entre autres. Dans le cas du basilic, il peut également améliorer le phénol total et l'activité antioxydante des plantes soumises au stress de la sécheresse, tandis que l'application foliaire de lactate de chitosan peut favoriser l'accumulation de substances bioactives ou augmenter l'activité des enzymes antioxydantes et accroître la photosynthèse et la croissance des plantes. Dans une autre étude, il a été rapporté que l'application de chitosan peut promouvoir la croissance des graines d'artichaut et induire une diminution significative de la contamination par les champignons. Le chitosan peut être impliqué dans la synthèse d'enzymes sensibles à la défense ou stimuler les phytohormones dans les plantes de concombre. Chez le haricot commun, il a augmenté le rendement lors d'un semis normal ou retardé, tandis que l'utilisation de nanoparticules composées d'alginate/chitosane était efficace pour promouvoir la surface foliaire et les niveaux de chlorophylle et de caroténoïdes. Les nanoparticules de chitosan ont également été efficaces contre les agents pathogènes d'origine alimentaire et ont amélioré la durée de conservation du poivron frais coupé. Les nanocomposites peuvent améliorer à la fois l'activité nématocide et la réponse immunitaire systématique de la plante dans le cas de l'aubergine, tandis que le chargement des nanoparticules avec de l'acide indole-3-acétique augmente la croissance des plantes de laitue cultivées en hydroponie. Le nano-chitosane peut améliorer l'efficacité des engrais traditionnels et promouvoir le rendement net par aliment dans le cas de l'oignon, tandis que les nanoparticules d'hydrogel de chitosane/acide polyacrylique ont stimulé le rendement, la croissance des plantes et la teneur en nutriments des bulbes d'oignon. L'application foliaire de chitosan à 100 ou 125 mg/L peut être appliquée à un stade précoce de la croissance pour obtenir un rendement plus élevé chez le gombo, tandis que la combinaison d'extraits d'Ascophyllum nodosum et de chitosan a supprimé l'oïdium du pois en grande partie en modulant l'acide jasmonique et l'acide salicylique par la régulation positive des voies de signalisation. L'application de chitosan peut augmenter de manière significative le poids frais et sec des racines des plantes de pomme de terre, tandis que la pulvérisation foliaire de chitosan avec de l'acide humique peut conduire aux valeurs les plus élevées du rendement des tubercules et des composants du rendement. Le chitosan (75 mg/L), et l'oligo-chitosan (50 mg/L) peuvent augmenter la croissance des plantes et induire des mécanismes de défense pour la tolérance au stress de la sécheresse chez la pomme de terre, ainsi que stimuler la résistance aux pathogènes. De même, le traitement au chitosan sur les plants de tomates a eu des effets positifs dans le contrôle des pathogènes, tandis que l'application combinée avec l'acide salicylique a augmenté le rendement des fruits. Le chitosan combiné avec le cuivre chélaté a eu une efficacité plus élevée dans l'activation des enzymes associées à la pathogénicité que le chitosan ou le cuivre agissant seul dans la culture de la tomate, tandis que l'application de chitosan + compost + champignons mycorhiziens à arbuscules a amélioré la croissance de la tomate.

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En conclusion, les résultats de la recherche ont démontré que le chitosan agit comme biostimulant végétal dans les cultures horticoles. Cependant, étant donné la grande variation dans la composition des produits commerciaux, des résultats contrastés concernant ses effets sur les cultures horticoles ont été observés. Par conséquent, des efforts supplémentaires sont nécessaires pour normaliser le processus de production industrielle et fournir des informations détaillées sur la composition des produits à base de chitosan. Cela créera une base commune pour l'évaluation des effets du chitosan dans le secteur agricole, tout en aidant à révéler les mécanismes d'action et les processus physiologiques impliqués. De plus, des efforts significatifs sont faits pour obtenir du chitosane à partir d'autres sources, comme le chitosane dérivé des champignons qui fournit des outils alternatifs et écologiques pour améliorer le rendement et la qualité des cultures végétales dans des conditions de stress. 

Remerciements : Cet article a été cofinancé par le Fonds européen de développement régional de l'Union européenne et par des fonds nationaux grecs dans le cadre du programme opérationnel "Compétitivité, esprit d'entreprise et innovation", sous l'appel RESEARCH - CREATE - INNOVATE (code de projet : T2EDK-05281).

RÉFÉRENCES (cliquez)
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(1) Petropoulos, S.A. 2020. Applications pratiques des biostimulants végétaux dans la production de cultures maraîchères en serre. Agronomy 10(10) : 1569. https://doi.org/10.3390/agronomy10101569

(2)Pichyangkuraa R., Chadchawan S. 2015. Activité biostimulante du chitosan en horticulture. Scientia Horticulturae 196 : 49-65. http://dx.doi.org/10.1016/j.scienta.2015.09.031